通风量对粉管冷态风量调平的影响

王卫华,王 阳

(北京华科同和科技有限公司,北京 100045)

0 引 言

同一台中速磨煤机的不同输粉管道(以下简称粉管)由于走向、长度、弯头数量、垂直高度等的不同,造成管道阻力的偏差[1],这一偏差若不予以消除,将造成同层各燃烧器出口流速、煤粉均匀性的偏差,从而影响炉内正常的空气动力工况及稳定燃烧,从而导致热负荷不均,严重时甚至破坏正常的水循环。因此,粉管风量相等是锅炉正常运行的前提条件[2]。

粉管风量调平是通过调节各台磨煤机出口粉管上的缩孔以使各粉管最大风量相对偏差值[3]不大于±5%。因热态风量调平试验环境恶劣、测试结果误差大等原因,通常在冷态环境下完成粉管风量调平工作,热态下进行风量复测缩孔微调即可。

为使冷态风量调平试验结果更具代表性,需要考虑磨煤机的通风量对粉管冷态风量调平结果的影响。

1 理论分析

1.1 粉管阻力

冷态时,磨煤机各个粉管的内径相等,粉管内气流温度、静压、内壁绝对粗糙度基本相等[4-5],为简化计算,认为以上参数是相等的。

冷态时,粉管内气流流动阻力是摩擦阻力、局部阻力、重力阻力之和。因重力阻力较小,可忽略不计。

1)摩擦阻力计算

(1)

式中:pm为摩擦阻力,Pa;λ0为摩擦阻力系数[6],粉管通常取0.015;L为管道摩擦阻力计算长度,m;D为管道当量直径,m;ρ为气流密度,kg/m3;v为气流速度,m/s。

2)局部阻力计算

(2)

式中:pj为局部阻力,Pa;ζ0为局部阻力系数,粉管确定,则ζ0为定值。

3)管道总阻力

(3)

(4)

式中:C是跟粉管相关的固定系数,称为粉管总阻力系数。

1.2 粉管流量

在某处分为几路,在下游某处又汇合成一路的管道叫并联管道,中速磨煤机的粉管就是典型的并联管道。并联管道的阻力等于各分管道的阻力,并联管道的总风量等于各分管道风量的总和。

以磨煤机出口为4根粉管的系统为例[7]:

pz1=pz2=pz3=pz4

q=q1+q2+q3+q4

(5)

q1=v1A1ρ1

由式(4)、式(5)可得

(6)

由式(5)可得

q=(v1+v2+v3+v4)A1ρ1

(7)

由式(6)、式(7)可得

(8)

(9)

式中:pz1、pz2、pz3、pz4为粉管1、2、3、4的管道阻力,Pa;q为总风量,kg/s;q1、q2、q3、q4为粉管1、2、3、4的风量,kg/s;v1、v2、v3、v4为粉管1、2、3、4的气流速度,m/s;A1为粉管1截面积,m2;ρ1为粉管1气流密度,kg/m3;C1、C2、C3、C4为粉管1、2、3、4的阻力系数。

由以上各式可知,磨煤机出口各根粉管的风量比例是固定的。总风量变化时,各个粉管的风量成比例变化,各个粉管风量与平均风量的偏差保持不变。因此,在进行粉管冷态风量调平时,通风量的大小对调平结果无影响。但是通风量较大时,粉管内风速较高,有利于风量的准确测量,所以建议在大风量工况下进行粉管冷态风量调平试验。

1.3 流量测量

进行粉管冷态风量调平试验时,采用靠背管和微压计测量磨煤机各粉管动压、静压,通过测量数据计算磨煤机粉管一次风风速,然后根据风速计算粉管风量。实际粉管风速测孔所在位置一般都不能满足前后直管段的要求,因此需要进行多点测量。可采用对数-线性法或对数-契比雪夫法求粉管平均流速。

2 实例计算

对某电厂中速磨煤机进行粉管冷态风量调平试验。在大风量工况进行风量调平,然后小风量工况复测粉管风量,对比各个工况下粉管风量偏差,数据如表1所示,各个工况的参数如表2所示。

表1 风量调平试验数据

表2 试验参数计算

在工况1大风量工况下进行粉管冷态风量调平试验,通过反复调整各个粉管缩孔开度,最终各个粉管的风量偏差保证在±3%以内。

在工况2中风量、工况3小风量工况下进行粉管风量复测,各个粉管的风量偏差仍然保持在±3%以内,且各个粉管风量偏差与工况1相似。工况2、3中各个粉管风量偏差与工况1有细微差别,这与风量测量误差有关。

工况1中4根粉管动压算术平均值为681 Pa,大于工况2、3的4根粉管动压算术平均值511 Pa和245 Pa。较大的动压值可以减少动压测量误差,进而减少粉管冷态风量调平的误差,使得冷态风量调平数据更具代表性。

工况1、2、3粉管内气流流动的雷诺数分别为13.8×105、11.9×105和8.2×105,均大于105,已经进入自模化区[8],即气流运动状态不随雷诺数的增加而变化,当速度和雷诺数增加时,只有空间各点速度绝对值按比例增加,而其速度场图形不再变化。工况1、2、3粉管内气流流动满足几何相似,即在各个工况下磨煤机出口粉管长度及结构没有变化。粉管冷态风量调平试验时,粉管内的气流为纯空气,且各个粉管只有1个进口、1个出口,满足边界条件相似。由相似原理可知,工况1、2、3相同粉管内的气流流动相似,相同粉管的风量偏差相似。

3 结 论

中速磨煤机的粉管是典型的并联管道,并联管道的阻力等于各分管道的阻力,并联管道的总风量等于各分管道风量的总和。通过分析计算各个粉管阻力和流量的关系,得出以下结论:

1)磨煤机的各个粉管阻力不同造成粉管风量偏差;

2)纯空气下,粉管气流流动阻力与流速的平方成正比;

3)各个粉管风量按固定比例分配,与总风量大小无关,风量分配比例与粉管阻力相关;

4)通风量对粉管风量调平结果无影响;

5)通风量越大越有利于粉管风量的准确测量。

实际进行粉管冷态风量调平试验时,粉管风速测孔所在位置一般不能满足前后直管段的要求,因此需要进行多点测量。实际试验数据表明,在不同的通风量工况下,各个粉管的气流流动相似,各个粉管的风量偏差相似。